[发明专利]一种超声协同臭氧降解农药的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农药降解实验装置及方法，特别是涉及一种超声协同臭氧降解农药的实验装置及方法。

背景技术

化学合成农药是人类20世纪的重大发明，在农作物病虫害防治、提高农作物产量等方面发挥过巨大贡献。但与此同时，由于长期过度使用农药，农产品中农药残留量、微生物、微菌毒素增加，农药废水大量排放等问题也日益严重。如何有效去除农产品中的农药残留物，降解农药废水，确保食品安全，成为当代科技工作者研究的热点。目前农药残留的降解方法主要有生物法、化学法和物理法。

生物法是指通过微生物的酶促作用和非酶促作用来降解农药残留，最终将农药完全降解或分解成小分子量的无毒或毒性较小的化合物的方法。

化学法是指通过向农药废水中添加化学试剂或进行化学反应，从而去除有机污染物质的方法。降解农药残留最常用的化学试剂是臭氧。臭氧是一种强氧化剂，具有较高的还原电位，在水中发生还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基自由基（·OH），可使有机物发生连锁反应，且反应十分迅速。市面上农药残留的成分大多为有机磷农药，臭氧水降解有机磷农药的途径主要有两种：（1）P＝S键被氧化成P＝O键；（2）打断与磷相连的键，形成磷酸脂，并最终形成H₃PO₄。这种打断连接键和基团氧化的双重作用使得物质的分子结构发生彻底改变，从而起到解毒、降低农药残留的作用。

物理法主要包括吸附法、萃取法、超声波法等。吸附法是指通过一些具有吸附性的物质吸附来减少农产品和环境中残留的农药。萃取法主要是利用与水不互溶而能很好溶解污染物的萃取剂的萃取作用达到分离、提取污染物目的。超声波降解法主要应用于农药废水处理，其原理是利用超声空化效应加速化学反应。超声空化是液体中由于超声的物理作用，在液体内的某一区域会形成局部的暂时的负压区，于是在液体中产生空穴或气泡，这些充有蒸气或空气的气泡处于非稳定状态，当它们突然闭合时，会产生激波。因而在局部微小区域产生很大的压力，把聚集起来的声场能量在液体中极小的空间内迅速释放出来，形成高温(可高达5000K以上)、高压(可高达5x10⁷pa)以及强冲击波和射流等极端的物理条件，为在一般条件下难以实现的化学反应开启了新的化学反应通道，从而使水中难降解的有机污染物被分解为对环境无害的小分子。

上述方法中，由于农药废水中COD的浓度高、毒性大、可生化性差，而且微生物对环境敏感，故用生物法来降解农药残留只适于特定种类农药。化学法中的臭氧氧化法，能在一定程度上降解农药废水，但单独使用时受剂量和时间限制明显，若提高进气浓度则设备成本较高。吸附法、萃取法一般用作生化工艺的预处理，很少用于处理农药废水。超声技术清洁无二次污染，但单独使用时对农药残留降解效果有限。

超声对臭氧氧化能力具有良好的强化作用，若使用两者协同降解农药，既能高效清除污物，又能有效杀灭病菌、降解农药残留。发明人团队根据以上理论研制了基于超声波与臭氧的蔬果药残降解仪。但在进行降解实验时若想得到有效的数据，需对实验变量进行严格控制，而送检专门检测机构成本又比较高。该领域并无专门针对探究超声协同臭氧降解农药规律及验证降解效果的实验装置与实验方法。

发明内容

为了解决探究超声协同臭氧降解农药规律及验证降解效果时变量控制困难、成本高以及缺少专门实验装置与实验方法的问题，本发明提供了一种运用传感器技术，变量控制方便、实验误差小、工作稳定的超声协同臭氧降解农药的实验装置及方法。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种超声协同臭氧降解农药的实验装置，其特征在于，包括：

一个用于盛装农药溶液的实验反应容器；

一个置于所述实验反应容器上方，用于冷凝降解时外逸水蒸气的冷凝器；

一个用于测量实验前后农药溶液浓度的紫外分光光度计；

一个用于连接所述紫外分光光度计、处理并显示实验数据的计算机；

一个置于所述实验反应容器底部，用于测量农药溶液质量的称重传感器；

一个紧密嵌于所述实验反应容器壁上，用于测量农药溶液pH值的酸碱度传感器；

一个紧密嵌于所述实验反应容器壁上，用于测量农药溶液温度值的温度传感器；

一个用于产生超声扫频信号的扫频信号产生电路；

一个用于产生超声驱动信号并与所述扫频信号产生电路相连的超声信号产生器；

与所述超声信号产生器连接，用于放大超声驱动信号的超声功率放大器；